Oscillation Madden–Julian - Madden–Julian oscillation

Un diagramme de Hovmöller de la moyenne mobile sur 5 jours du rayonnement sortant des ondes longues montrant le MJO. Le temps augmente de haut en bas sur la figure, de sorte que les contours orientés du coin supérieur gauche au coin inférieur droit représentent le mouvement d'ouest en est.

L' oscillation de Madden-Julian ( MJO ) est l'élément le plus important de la variabilité intrasaisonnière (30 à 90 jours) dans l'atmosphère tropicale. Il a été découvert en 1971 par Roland Madden et Paul Julian de l'American National Center for Atmospheric Research (NCAR). Il s'agit d'un couplage à grande échelle entre la circulation atmosphérique et la convection atmosphérique tropicale profonde . Contrairement à un modèle permanent comme El Niño-oscillation australe(ENSO), l'oscillation de Madden-Julian est un modèle de déplacement qui se propage vers l'est, à environ 4 à 8 m/s (14 à 29 km/h, 9 à 18 mph), à travers l'atmosphère au-dessus des parties chaudes de l'Inde et Océans Pacifiques. Ce schéma général de circulation se manifeste le plus clairement par des précipitations anormales .

L'oscillation de Madden-Julian est caractérisée par une progression vers l'est de vastes régions de précipitations tropicales renforcées et supprimées, observées principalement sur l'océan Indien et Pacifique. Les précipitations anormales sont généralement d'abord évidentes sur l'océan Indien occidental, et restent évidentes alors qu'elles se propagent sur les eaux océaniques très chaudes du Pacifique tropical occidental et central. Ce modèle de précipitations tropicales devient généralement indescriptible lorsqu'il se déplace sur les eaux océaniques principalement plus froides du Pacifique oriental, mais réapparaît lorsqu'il passe au-dessus des eaux plus chaudes de la côte Pacifique de l'Amérique centrale . Le modèle peut aussi occasionnellement réapparaître à faible amplitude sur l'Atlantique tropical et à plus forte amplitude sur l'océan Indien. La phase humide de convection et de précipitations accrues est suivie d'une phase sèche où l' activité orageuse est supprimée. Chaque cycle dure environ 30 à 60 jours. En raison de ce modèle, l'oscillation de Madden-Julian est également connu sous le nom 30- à une oscillation de 60 jours , 30 à 60 jours vague , ou oscillation intrasaisonnière .

Comportement

La structure du MJO pour une période où la phase convective renforcée est centrée sur l'océan Indien et la phase convective supprimée est centrée sur l'océan Pacifique centre-ouest

Des modèles distincts d'anomalies de la circulation atmosphérique aux niveaux inférieur et supérieur accompagnent le modèle lié au MJO d'augmentation ou de diminution des précipitations tropicales à travers les tropiques. Ces caractéristiques de circulation s'étendent autour du globe et ne se limitent pas à l'hémisphère oriental. L'oscillation Madden-Julian se déplace vers l'est entre 4 m / s (14 km / h 9 mph) et 8 m / s (29 km / h 18 mph) à travers les tropiques, en traversant la Terre de » les tropiques dans 30 à 60 jours—avec la phase active du MJO suivie par le degré de rayonnement sortant des ondes longues, qui est mesuré par des satellites météorologiques géostationnaires à détection infrarouge . Plus la quantité de rayonnement sortant des ondes longues est faible, plus les complexes orageux, ou convection, sont forts dans cette région.

Des vents d'ouest accrus en surface (niveau supérieur) se produisent près du côté ouest (est) de la convection active. Les courants océaniques, jusqu'à 100 mètres (330 pieds) de profondeur à partir de la surface de l'océan, suivent en phase avec la composante de vent d'est des vents de surface. À l'avance ou à l'est de l'activité accrue de la MJO, les vents en altitude sont d'ouest. Dans son sillage, ou à l'ouest de la zone de précipitations renforcées, les vents en altitude sont d'est. Ces changements de vent en altitude sont dus à la divergence présente sur les orages actifs pendant la phase renforcée. Son influence directe peut être suivie vers les pôles jusqu'à 30 degrés de latitude par rapport à l'équateur dans les hémisphères nord et sud, se propageant vers l'extérieur depuis son origine près de l'équateur à environ 1 degré de latitude, ou 111 kilomètres (69 mi), par jour.

Irrégularités

Le mouvement du MJO autour du globe peut parfois ralentir ou caler pendant l' été et le début de l'automne de l'hémisphère nord , entraînant une augmentation constante des précipitations d'un côté du globe et une diminution constante des précipitations de l'autre côté. Cela peut aussi se produire en début d'année. Le MJO peut également rester silencieux pendant un certain temps, ce qui conduit à une activité de tempête non anormale dans chaque région du globe.

Effets locaux

Connexion à la mousson

Dates de début et courants de vent dominants de la mousson d'été du sud-ouest.

Pendant la saison estivale de l' hémisphère nord , les effets liés au MJO sur la mousson d' été indienne et ouest-africaine sont bien documentés. Des effets liés au MJO sur la mousson d'été nord-américaine se produisent également, bien qu'ils soient relativement plus faibles. Les impacts liés au MJO sur les régimes de précipitations d'été en Amérique du Nord sont fortement liés aux ajustements méridiens (c'est-à-dire nord-sud) du régime de précipitations dans le Pacifique tropical oriental. Une forte relation entre le mode dominant de variabilité intrasaisonnière du système de mousson nord-américain, le MJO et les points d'origine des cyclones tropicaux est également présente.

Une période de réchauffement des températures de surface de la mer se produit cinq à dix jours avant un renforcement des précipitations liées au MJO dans le sud de l'Asie. Une interruption de la mousson asiatique, normalement au cours du mois de juillet, a été attribuée à l'oscillation de Madden-Julian après que sa phase renforcée se soit déplacée vers l'est de la région dans l'océan Pacifique tropical ouvert.

Influence sur la cyclogenèse tropicale

Les cyclones tropicaux se produisent tout au long de la saison chaude boréale (généralement de mai à novembre) dans les bassins du Pacifique Nord et de l'Atlantique Nord, mais toute année donnée a des périodes d'activité accrue ou supprimée au cours de la saison. Les preuves suggèrent que l'oscillation Madden-Julian module cette activité (en particulier pour les tempêtes les plus fortes) en fournissant un environnement à grande échelle qui est favorable (ou défavorable) au développement. Le mouvement descendant lié au MJO n'est pas favorable au développement des tempêtes tropicales. Cependant, le mouvement ascendant lié au MJO est un modèle favorable à la formation d'orages sous les tropiques, ce qui est assez favorable au développement des tempêtes tropicales. Au fur et à mesure que le MJO progresse vers l'est, la région privilégiée pour l'activité des cyclones tropicaux se déplace également vers l'est du Pacifique occidental au Pacifique oriental et enfin au bassin Atlantique.

Cependant, il existe une relation inverse entre l'activité des cyclones tropicaux dans le bassin nord-ouest du Pacifique et le bassin nord-atlantique. Lorsqu'un bassin est actif, l'autre est normalement silencieux, et vice versa. La raison principale de ceci semble être la phase du MJO, qui est normalement dans des modes opposés entre les deux bassins à un moment donné. Bien que cette relation semble solide, le MJO est l'un des nombreux facteurs qui contribuent au développement des cyclones tropicaux. Par exemple, les températures de surface de la mer doivent être suffisamment chaudes et le cisaillement vertical du vent doit être suffisamment faible pour que des perturbations tropicales se forment et persistent. Cependant, le MJO influence également ces conditions qui facilitent ou suppriment la formation des cyclones tropicaux. Le MJO est surveillé régulièrement par le USA National Hurricane Center et le USA Climate Prediction Center pendant la saison des ouragans de l'Atlantique ( cyclone tropical ) pour aider à anticiper les périodes d'activité ou d'inactivité relative.

Effets en aval

Lien avec l'oscillation El Nino-Sud

Il existe une forte variabilité d'une année à l'autre (interannuelle) dans l'activité d'oscillation de Madden-Julian, avec de longues périodes de forte activité suivies de périodes pendant lesquelles l'oscillation est faible ou absente. Cette variabilité interannuelle du MJO est en partie liée au cycle El Niño–Oscillation Australe (ENSO). Dans le Pacifique, une forte activité MJO est souvent observée 6 à 12 mois avant le début d'un épisode El Niño , mais est pratiquement absente pendant les maxima de certains épisodes El Niño, tandis que l'activité MJO est généralement plus importante pendant un épisode La Niña . Des événements forts dans l'oscillation Madden-Julian sur une série de mois dans le Pacifique occidental peuvent accélérer le développement d'un El Niño ou d'un La Niña, mais ne conduisent généralement pas en eux-mêmes à l'apparition d'un événement ENSO chaud ou froid. Cependant, les observations suggèrent que l'El Niño de 1982-1983 s'est développé rapidement en juillet 1982 en réponse directe à une onde Kelvin déclenchée par un événement MJO fin mai. De plus, des changements dans la structure du MJO avec le cycle saisonnier et ENSO pourraient faciliter des impacts plus substantiels du MJO sur ENSO. Par exemple, les vents d'ouest de surface associés à la convection MJO active sont plus forts pendant l'avancement vers El Niño et les vents d'est de surface associés à la phase convective supprimée sont plus forts pendant l'avancement vers La Nina. Globalement, la variabilité interannuelle du MJO est plus déterminée par la dynamique interne atmosphérique que par les conditions de surface.

Précipitations hivernales en Amérique du Nord

Les impacts les plus forts de la variabilité intrasaisonnière sur les États-Unis se produisent pendant les mois d'hiver sur l'ouest des États-Unis. Pendant l'hiver, cette région reçoit la majeure partie de ses précipitations annuelles . Les tempêtes dans cette région peuvent durer plusieurs jours ou plus et sont souvent accompagnées de caractéristiques persistantes de la circulation atmosphérique . Les événements de précipitations extrêmes liés aux inondations sont particulièrement préoccupants . Des preuves solides suggèrent un lien entre le temps et le climat dans cette région à partir d'études qui ont lié l'oscillation australe El Niño à la variabilité régionale des précipitations. Dans le Pacifique tropical, les hivers avec des épisodes de froid faible à modéré, ou La Nina, ou des conditions ENSO neutres sont souvent caractérisés par une activité d'oscillation de Madden-Julian renforcée de 30 à 60 jours. Un exemple récent est l'hiver 1996-1997, qui a été marqué par de fortes inondations en Californie et dans le nord-ouest du Pacifique (coûts des dommages estimés de 2,0 à 3,0 milliards de dollars au moment de l'événement) et un MJO très actif. De tels hivers sont également caractérisés par des anomalies de température de surface de la mer relativement faibles dans le Pacifique tropical par rapport à des épisodes chauds et froids plus forts. Au cours de ces hivers, il existe un lien plus étroit entre les événements MJO et les événements de précipitations extrêmes sur la côte ouest.

Ananas Express événements

Le Pineapple Express , un effet MJO sur les conditions météorologiques nord-américaines.

Le scénario typique reliant le schéma des précipitations tropicales associées à la MJO aux événements de précipitations extrêmes dans le nord-ouest du Pacifique présente un schéma de circulation progressif (c'est-à-dire se déplaçant vers l'est) dans les tropiques et un schéma de circulation rétrogradant (c'est-à-dire se déplaçant vers l'ouest) aux latitudes moyennes de la Pacifique Nord. Les anomalies météorologiques hivernales typiques précédant les événements de fortes précipitations dans le nord-ouest du Pacifique sont les suivantes :

  1. 7 à 10 jours avant l'événement de fortes précipitations : Les fortes précipitations tropicales associées à la MJO se déplacent vers l'est de l'océan Indien oriental vers le Pacifique tropical occidental. Un panache d'humidité s'étend vers le nord-est depuis le Pacifique tropical occidental vers le voisinage général des îles hawaïennes . Un puissant anticyclone bloquant est situé dans le golfe d'Alaska avec un fort courant-jet polaire autour de son flanc nord.
  2. 3 à 5 jours avant l'événement de fortes précipitations : les fortes précipitations tropicales se déplacent vers l'est vers la ligne de date et commencent à diminuer. Le panache d'humidité associé s'étend plus loin vers le nord-est, traversant souvent les îles hawaïennes. Le fort anticyclone s'affaiblit et se déplace vers l'ouest. Une scission dans le courant-jet du Pacifique Nord se développe, caractérisée par une augmentation de l'amplitude et de l'étendue des vents zonaux d'ouest de la haute troposphère sur le flanc sud du bloc et une diminution sur son flanc nord. Les modèles de circulation tropicale et extratropicale commencent à "phaser", permettant à un creux de latitude moyenne en développement d'exploiter le panache d'humidité s'étendant des tropiques profonds.
  3. L'événement de fortes précipitations : alors que la configuration des précipitations tropicales accrues continue de se déplacer davantage vers l'est et de s'affaiblir, le panache d'humidité tropicale profond s'étend du Pacifique central subtropical jusqu'au creux de latitude moyenne maintenant situé au large de la côte ouest de l'Amérique du Nord. Le courant-jet aux niveaux supérieurs s'étend à travers le Pacifique Nord, la position moyenne du jet entrant en Amérique du Nord dans le nord-ouest des États-Unis. La dépression profonde située près de la côte nord-ouest du Pacifique peut entraîner jusqu'à plusieurs jours de fortes pluies et des inondations possibles. Ces événements sont souvent appelés événements Pineapple Express , ainsi nommés parce qu'une quantité importante d'humidité tropicale profonde traverse les îles hawaïennes en direction de l'ouest de l'Amérique du Nord.

Tout au long de cette évolution, une régression des caractéristiques de la circulation atmosphérique à grande échelle est observée dans le secteur Pacifique Est-Amérique du Nord. Bon nombre de ces événements sont caractérisés par la progression des précipitations les plus abondantes du sud au nord le long de la côte nord-ouest du Pacifique sur une période de plusieurs jours à plus d'une semaine. Cependant, il est important de différencier les tempêtes individuelles à l' échelle synoptique , qui se déplacent généralement d'ouest en est, du modèle global à grande échelle, qui présente une régression.

Il existe une relation simultanée cohérente entre la position longitudinale des précipitations maximales liées au MJO et l'emplacement des événements de précipitations extrêmes sur la côte ouest. Les événements extrêmes dans le nord-ouest du Pacifique s'accompagnent d'une augmentation des précipitations sur le Pacifique tropical occidental et la région de l'Asie du Sud-Est appelée par les météorologues le continent maritime , avec des précipitations supprimées sur l'océan Indien et le Pacifique central. Au fur et à mesure que la région d'intérêt se déplace du nord-ouest du Pacifique vers la Californie , la région des précipitations tropicales accrues se déplace davantage vers l'est. Par exemple, les événements de précipitations extrêmes dans le sud de la Californie s'accompagnent généralement d'une augmentation des précipitations près de 170°E. Cependant, il est important de noter que le lien global entre le MJO et les événements de précipitations extrêmes sur la côte ouest s'affaiblit à mesure que la région d'intérêt se déplace vers le sud le long de la côte ouest des États-Unis.

Il existe une variabilité au cas par cas dans l'amplitude et l'étendue longitudinale des précipitations liées au MJO, de sorte que cela doit être considéré comme une relation générale uniquement.


Expliquer la dynamique de MJO avec les modons équatoriaux

Structure se propageant vers l'est du modon équatorial barotrope

En 2019, Rostami et Zeitlin ont signalé la découverte de cyclones jumeaux cohérents à grande échelle, stables, à longue durée de vie et se déplaçant lentement vers l'est, appelés modons équatoriaux , au moyen d'un modèle d'eau peu profonde tournant à convection humide. Les caractéristiques barotropes les plus grossières de MJO telles que la propagation vers l'est le long de l'équateur, la vitesse de phase lente, la structure cohérente hydrodynamique, la zone convergente de convection humide, sont capturées par le modon de Rostami et Zeitlin. Avoir une solution exacte des lignes de courant pour les régions internes et externes du modon asymptotique équatorial est une autre caractéristique de cette structure. Il est montré que de telles structures dipolaires cohérentes se déplaçant vers l'est peuvent être produites pendant l'ajustement géostrophique d'anomalies de pression localisées à grande échelle dans l'environnement convectif humide diabatique sur l'équateur.

Génération de structure de type MJO par ajustement géostrophique dans la basse troposphère

En 2020, une étude a montré que le processus de relaxation (ajustement) des anomalies de pression localisées à grande échelle dans la basse troposphère équatoriale, génère des structures ressemblant fortement aux événements d'oscillation de Madden Julian (MJO), comme on le voit dans les champs de vorticité, de pression et d'humidité. . En effet, il est démontré que la baroclinicité et la convection humide modifient substantiellement le scénario de l'ajustement quasi-barotrope « sec », qui a été établi dans le cadre du modèle d'eau peu profonde à une couche et consiste, dans le secteur des ondes longues, à l'émission de ondes de Rossby équatoriales, à structure méridienne dipolaire, à l'Ouest, et d'ondes de Kelvin équatoriales, à l'Est. Si la convection humide est suffisamment forte, une structure cyclonique dipolaire, qui apparaît dans le processus d'ajustement comme une réponse d'onde de Rossby à la perturbation, se transforme en une structure cohérente de type modon dans la couche inférieure, qui se couple à une onde de Kelvin barocline à travers une zone de convection renforcée et produit, aux stades initiaux du processus, un modèle de vorticité quadripolaire dissymétrique zonalement dissymétrique vers l'est, auto-entretenu, se propageant lentement vers l'est.

Impact du changement climatique sur MJO

Le MJO parcourt une étendue de 12 000 à 20 000 km au-dessus des océans tropicaux, principalement au-dessus du bassin chaud indo-pacifique , dont les températures océaniques sont généralement supérieures à 28 ° C. Cette piscine chaude de l'Indo-Pacifique s'est réchauffée rapidement, modifiant le temps de résidence du MJO au-dessus des océans tropicaux. Alors que la durée de vie totale du MJO reste dans l'échelle de temps de 30 à 60 jours, son temps de résidence a diminué de 3 à 4 jours sur l'océan Indien (d'une moyenne de 19 jours à 15 jours) et a augmenté de 5 à 6 jours sur l'Ouest. Pacifique (d'une moyenne de 18 jours à 23 jours). Ce changement dans le temps de résidence du MJO a modifié les régimes de précipitations à travers le monde.

Les références

Liens externes